2.2 Ansys Lumerical FDTD/RCWA：亞波長光柵設計 聚焦納米級表面浮雕光柵仿真建模，是衍射波導核心器件設計關鍵： 采用嚴格耦合波分析（RCWA）與時域有限差分（FDTD）求解器，建模輸入、輸出耦合光柵衍射特性； 優化光柵核心參數，適配530nm基準波長、1.52折射率波導材料； 導出JSON光柵數據文件與.sop插件文件，以表面屬性形式接入Speos

使用Ansys Lumerical FDTD軟件中的嚴格耦合波分析（RCWA）求解器，對2D刻劃光柵的透射特性進行仿真 體積全息光柵是通過在感光材料中記錄全息圖案制造而成的。首先，感光材料（即聚合物或玻璃）暴露于由兩個相干激光束產生的干涉圖案中，這就形成了基板材料中折射率的三維調制。 當光以原始記錄的入射角之一照射光柵時，它會再現流程中使用的第二個記錄光束。

求解器的原理：在傅里葉域中劃分均勻層，并通過 S 矩陣雙向傳播計算透射、反射及各個光柵階的功率； 如何設置入射平面波的傳播方向（X/Y/Z 軸）、角度（θ/?）和偏振（s/p），以及反向傳播的兩種模式（鏡像 k 矢量和反向 k 矢量）； 對比 RCWA 與 FDTD、STACK 求解器的適用場景，以及 RCWA 對各向異性、有損材料的支持與限制； 介紹 Lumerical 的嚴格耦合波分析

VirtualLab Fusion為這一任務提供了大量不同的專門求解器，從近似但快速的方法，如薄元近似法（TEA），到嚴格的方法，如傅里葉模態法（FMM）/嚴格耦合波分析（RCWA）。 光柵是許多不同的現代應用和技術中使用的一種基本光學元件。這種元件有時可以通過函數方法進行足夠精確的建模。

（a）波導結構示意圖；（b）K空間分析圖 圖3 基于RMG的L型光柵波導布局圖 光柵優化：RCWA結合PSO的精準設計 為實現理論推導的衍射效率分布，團隊采用嚴格耦合波分析（RCWA）結合粒子群優化（PSO）算法，對折疊光柵、出耦合光柵及入耦合光柵的結構進行了優化設計： 1.確定光柵核心參數：選用532nm波長，HOYA-FD60W玻璃為波導基底（折射率1.817），波導厚度1mm

橢圓偏振系數測量 橢圓偏振分析儀測量反射系數（s-和p-極化分量）的比率??，并輸出相位差??，以及振幅分量Ψ，根據 在VirtualLab Fusion中，復數系數??p和??s是通過應用嚴格耦合波分析（RCWA），也被稱為傅里葉模態法（FMM）來計算。因此，在研究光柵樣品的情況下，這些系數也可以是特定衍射階數的瑞利系數。

有關詳細信息，請參閱：用于通用光學系統的光柵元件 微結構晶片的角度響應 該光柵組件使用傅里葉模態法(FMM)，也稱為嚴格耦合波分析(RCWA)，其運作在k域中。當入射大NA光束時，需要考慮在k域中有足夠數量的采樣點來解決角度敏感效應。在光柵組件的求解器區域中，用戶可以輕松地調整此參數，以確保快速而準確的模擬。

在這種情況下，電磁場分析（例如時域有限差分（FDTD）或嚴格耦合波分析（RCWA）更為合適，因為其會考慮上述影響。雖然這些方法是計算密集型的，但它們可為亞波長系統提供必要的精度，無需極高的中央處理單元（CPU）和圖形處理單元（GPU）性能，便可獲得基于光線的近似。 光線追跡可以覆蓋所有涉及光的應用，從天文學到電磁學、航空航天、國防、通信、醫療技術以及消費類電子產品。

為此，通過應用傅里葉模態法/嚴格耦合波分析（FMM/RCWA）計算任意周期結構，包括透射和反射光柵、介電或金屬光柵。也可以指定領域的哪一部分應該可視化：正向模式，反向模式，或兩者結合。 尋找組件內部光場分析器： FMM 組件內部光場分析器： FMM是光柵光學設置的專用功能，它提供了光柵結構內部電磁場的可視化。

為此，任意周期結構(包括透射和反射、介質或金屬光柵)內的場通過應用傅里葉模態方法/嚴格耦合波分析法(FMM/RCWA)來計算。還可以指定場的哪一部分應該可視化:前向傳播的場、后向傳播的場或兩者都要可視化。 尋找元件內部場分析儀:FMM 元件內部場分析儀:FMM是光柵光學設置的專用功能，可提供光柵結構內部電磁場的可視化。